Nubraižykite abu signalus ir pažymėkite, kur kiekvienas nelygus nuliui.
Apverskite h ir stumkite: kiekvienam išėjimo laikui raskite sritį, kurioje abu signalai persidengia.
Dauginkite ir sudėkite (diskrečiuoju atveju) arba dauginkite ir integruokite (tolydžiuoju atveju) tik toje persidengimo srityje.
Patikrinkite rezultatą: išėjimas prasideda pradžios laikų suma, baigiasi pabaigos laikų suma, o jo plotas ar suma lygi įėjimų plotų ar sumų sandaugai.
2Uždaviniai
1.Sąsūka ir LTI sistemosVidutinis
Signalas x(t) nelygus nuliui tik tarp t = −2 s ir t = −1 s, o h(t) – tik tarp t = 1 s ir t = 3 s. Raskite laiką tend, kada y(t) = x(t) ∗ h(t) baigiasi.
x: −2 … −1 sh: 1 … 3 s
tend = s
2.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
Impulsų seka turi aukštį 5, impulso plotį 8 ms ir periodą 20 ms. Raskite 2-osios harmonikos, kurios dažnis 100 Hz, amplitudę c2.
A = 5τ = 8 msT = 20 ms
c2 =
3.Laplaso transformacijosVidutinis
Paprastosiomis trupmenomis raskite f(t), kai F(s) = 40/(s(s + 1)(s + 4)), ir apskaičiuokite f(1,2).
F(s) = 40/(s(s + 1)(s + 4))t = 1,2 s
f(1.2) =
4.Laplaso transformacijosSunkus
Laplaso transformacija išspręskite y″ + 5y′ + 4y = 0, kai y(0) = −8 ir y′(0) = 13, ir raskite y(0,4).
y″ + 5y′ + 4y = 0y(0) = −8y′(0) = 13t = 0,4 s
y(0.4) =
5.Šuolinė reakcijaVidutinis
Sistemos perdavimo funkcija G(s) = 90/(s² + 6s + 90), o jos įėjimas yra vienetinis šuolis. Raskite šuolinės reakcijos procentinį viršijimą %OS.
G(s) = 90/(s² + 6s + 90)
%OS = %
6.Šuolinė reakcijaSunkus
Vienetinio neigiamo grįžtamojo ryšio kontūre G(s) = 215/(s(s + 10)). Raskite uždarosios sistemos šuolinės reakcijos 2 % nusistovėjimo laiką ts, naudodami ts ≈ 4/(ζωₙ).
Vienetinio grįžtamojo ryšio kilpos atvirosios kilpos perdavimo funkcija yra L(s) = 10/(s(s + 1)(s + 4)). Raskite stiprinimo atsargą GM dB.
L(s) = 10/(s(s + 1)(s + 4))
GM = dB
3Tirpalai
1.Sąsūka ir LTI sistemos
Atsakymas: tend = 2 s
Tolydžioji sąsūka: y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ. Apverskite h, pastumkite į padėtį t ir suintegruokite persidengiančių dalių sandaugą. Priežastiniams signalams integralas skaičiuojamas nuo 0 iki t. Naudingi rezultatai: y plotas lygus x ploto ir h ploto sandaugai; jei x trunka nuo t₁ iki t₂, o h nuo t₃ iki t₄, tai y trunka nuo t₁ + t₃ iki t₂ + t₄. Kai h(t) = e−atu(t), o šuolio aukštis A, y(t) = (A/a)(1 − e−at).
Pradžia ir pabaiga
tstart = −2 + 1 = −1 s
tend = −1 + 3 = 2 s
Atsakymas
tend = 2 s
Atsakymas
tend = 2 s
2.Sąsūka ir LTI sistemos
Atsakymas: c2 = 0,9355
Impulsinė charakteristika ir Furjė eilutė: impulsinė charakteristika h(t) visiškai aprašo LTI sistemą: lygčiai y′ + a·y = b·x ji yra h(t) = b·e−atu(t), o lygčiai y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] ji yra h[n] = b·aⁿu[n]. Sinusoidė cos ωt praeina su stiprinimu |H(jω)| ir faze ∠H(jω), kur H yra h Furjė transformacija. Periodinis signalas yra harmonikų, kurių dažnis k/T, suma: ±A stačiakampė banga turi tik nelygines harmonikas, kurių amplitudės 4A/(kπ), A pikinės vertės trikampė banga turi 8A/(π²k²), o A aukščio ir pildymo koeficiento D impulsų seka turi vidurkį A·D ir harmonikas (2A/(kπ))·|sin(kπD)|.
Pildymo koeficientas
D = 8/20 = 0,4
Harmonikos amplitudė
c2 = (2·5/(2π))·|sin(2π·0,4)| = 0,9355
Atsakymas
c2 = 0,9355
3.Laplaso transformacijos
Atsakymas: f(1.2) = 6,012
Laplaso transformacija: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt išvestines paverčia daugyba iš s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Standartinės poros: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), o postūmis s → s + σ laiko funkciją padaugina iš e−σt. Norėdami atlikti racionaliosios F(s) atvirkštinę transformaciją, išskaidykite ją į paprastąsias trupmenas: paprastojo poliaus p reziduumas yra A = [(s − p)·F(s)] ties s = p. Galutinės vertės teorema: f(∞) = lims→0 s·F(s), galioja tik tada, kai visi s·F(s) poliai yra kairiojoje pusplokštumėje. Pradinės vertės teorema: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).
Paprastosios trupmenos
F(s) = A/s + B/(s + 1) + C/(s + 4)
A = 40/(1·4) = 10
B = 40/((−1)·3) = −13,33
C = 40/((−4)·(−3)) = 3,333
Atvirkštinė transformacija
f(t) = 10 − 13,33·e−t + 3,333·e−4t
Apskaičiuokite
f(1,2) = 10 − 13,33·e−1,2 + 3,333·e−4·1,2 = 6,012
Atsakymas
f(1,2) = 6,012
4.Laplaso transformacijos
Atsakymas: y(0.4) = −4,582
Laplaso transformacija: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt išvestines paverčia daugyba iš s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Standartinės poros: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), o postūmis s → s + σ laiko funkciją padaugina iš e−σt. Norėdami atlikti racionaliosios F(s) atvirkštinę transformaciją, išskaidykite ją į paprastąsias trupmenas: paprastojo poliaus p reziduumas yra A = [(s − p)·F(s)] ties s = p. Galutinės vertės teorema: f(∞) = lims→0 s·F(s), galioja tik tada, kai visi s·F(s) poliai yra kairiojoje pusplokštumėje. Pradinės vertės teorema: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).
Transformuokite lygtį
s²Y − (−8)s − 13 + 5(sY − (−8)) + 4Y = 0
Y(s) = (−8s − 27)/((s + 1)(s + 4))
Paprastosios trupmenos
A = −19/3 = −6,333
B = 5/(−3) = −1,667
Rezultatas
y(t) = −6,333·e−t − 1,667·e−4t
y(0,4) = −4,582
Atsakymas
y(0,4) = −4,582
Patikra: y(0) = A + B = −8.
5.Šuolinė reakcija
Atsakymas: %OS = 35,09 %
Šuolinė reakcija: pirmosios eilės sistema G(s) = K/(τs + 1) į U dydžio šuolį atsako y(t) = K·U·(1 − e−t/τ): po vienos laiko pastoviosios τ ji pasiekia 63,2 % galutinės vertės K·U, o po 4τ – 98 %. Antrosios eilės sistema G(s) = K·ωₙ²/(s² + 2ζωₙs + ωₙ²) turi polius s = −ζωₙ ± jωd, kur ωd = ωₙ√(1 − ζ²). Kai 0 < ζ < 1, šuolinė reakcija viršija galutinę vertę: procentinis viršijimas %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), pikų laikas tp = π/ωd, o 2 % nusistovėjimo laikas ts ≈ 4/(ζωₙ). Palyginkite vardiklį su s² + 2ζωₙs + ωₙ², kad nustatytumėte ωₙ ir ζ. Masės, spyruoklės ir slopintuvo sistemai ωₙ = √(k/m) ir ζ = c/(2√(km)); nuosekliajai RLC grandinei ωₙ = 1/√(LC) ir ζ = (R/2)·√(C/L).
Palyginkite su standartine forma
Vardiklis turi atitikti s² + 2ζωₙs + ωₙ².
ωₙ² = 90 → ωₙ = 9,487 rad/s
2ζωₙ = 6 → ζ = 6/(2·9,487) = 0,3162
Rezultatas
%OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²) = 100·e−1,047 = 35,09 %
Atsakymas
%OS = 35,09 %
6.Šuolinė reakcija
Atsakymas: ts = 0,8 s
Šuolinė reakcija: pirmosios eilės sistema G(s) = K/(τs + 1) į U dydžio šuolį atsako y(t) = K·U·(1 − e−t/τ): po vienos laiko pastoviosios τ ji pasiekia 63,2 % galutinės vertės K·U, o po 4τ – 98 %. Antrosios eilės sistema G(s) = K·ωₙ²/(s² + 2ζωₙs + ωₙ²) turi polius s = −ζωₙ ± jωd, kur ωd = ωₙ√(1 − ζ²). Kai 0 < ζ < 1, šuolinė reakcija viršija galutinę vertę: procentinis viršijimas %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), pikų laikas tp = π/ωd, o 2 % nusistovėjimo laikas ts ≈ 4/(ζωₙ). Palyginkite vardiklį su s² + 2ζωₙs + ωₙ², kad nustatytumėte ωₙ ir ζ. Masės, spyruoklės ir slopintuvo sistemai ωₙ = √(k/m) ir ζ = c/(2√(km)); nuosekliajai RLC grandinei ωₙ = 1/√(LC) ir ζ = (R/2)·√(C/L).